日照市海洋公园混凝土和钢框架混合结构设计.docx
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1、日照市海洋公园混凝土和钢框架混合结构设计关键词:混合框架结构; 大跨度大悬挑; 楼板不连续; 混凝土抗腐蚀; 钢结构防腐蚀; 幕墙;Abstract:Rizhao Ocean Park is the first marine park in the world to integrate the innovative aquarium with the flower and bird garden. The mixed frame structure is composed of concrete frame and steel frame. The project has the follow
2、ing irregular types: large-span steel structures, large cantilevered concrete structures, large floor slab openings, and discontinuous floor slabs. The design needs to solve the problem of anti-corrosion of concrete structure in marine chloride environment and anti-corrosion of steel structure in of
3、fshore environment. The main structure and curtain wall design were parameterized to meet the needs of complex facades. In the design, the above structural design problems were solved, and the perfect combination of structure and architecture was realized.Keyword:mixed frame structure; large span an
4、d large cantilever; slab discontinuity; concrete corrosion resistance; steel structure corrosion protection curtain wall;1、 工程概况日照海洋公园位于山东省日照市东港区, 总占地面积108 000m2, 总建筑面积约3.95万m2, 距海边距离约270m。项目分为阳光海洋馆、四季花鸟园两个主题场馆及酒店商业配套三部分。阳光海洋馆 (简称海洋馆) 地下1层, 地上3层, 屋面最高点标高24.00m;四季花鸟园 (简称花鸟园) 地上2层, 屋面最高点标高20.00m。海洋馆主体
5、平面为圆形, 圆形半径约71m, 建筑中间圆心位置为鲸鲨池, 水深7.5m, 鲸鲨池顶部为钢结构采光穹顶, 穹顶跨度约39m。东北角为主入口, 主入口最大跨度约42m。西南角为表演场, 表演场最大跨度约40m。花鸟园主体平面为梭形, 长边尺寸约145m, 短边尺寸约68m, 结构最大跨度约66m。该项目的建筑效果图如图1所示。结构模型轴测图如图2所示。图1 建筑效果图图2 结构模型轴测图设计使用年限为50年, 抗震设防类别为重点设防类, 抗震设防烈度为7度, 场地类别为类, 海洋馆抗震等级为二级, 花鸟园抗震等级为三级, 基本风压为0.4kN/m2, 地面粗糙度类别为A类, 基本雪压为0.4k
6、N/m2。2、 结构体系和布置2.1、 海洋馆结构体系及布置根据建筑平面特点及建筑总高度, 海洋馆采用混凝土框架及钢结构框架的混合框架结构。建筑平面为圆形, 结构梁柱以圆心呈放射状布置, 环向最小跨度约5.2m, 最大跨度约9.6m, 径向跨度约4.812m, 局部跨度达23m, 为大跨度框架结构。柱直径为8001 200mm, 主梁截面尺寸为300×800, 400×800, 400×900, 500×1 000。混凝土强度等级为C40。海洋馆主体部分为混凝土框架结构, 中心鲸鲨池、主入口、表演场等区域因方案立面、采光及建筑功能要求不允许结构柱
7、落地, 因此采用过大跨度钢结构框架或单层网壳结构形式 (图3) 。图3 海洋馆屋面层结构布置2.2 、花鸟园结构体系及布置花鸟园建筑平面布置呈梭形, 根据建筑使用功能, 下部房间、走廊及布景等采用混凝土框架结构, 整个建筑的围护结构采用大跨度刚架结构形式。在棱形端部刚架跨度约9m, 在棱形中部刚架跨度约67m (图4) 。柱截面为H800×400×16×20, ?800, ?600, 主梁截面为H1 100×400×12×18, H800×400×10×14, H650×30
8、0×14×20, 钢材采用Q345B。图4 花鸟园刚架结构布置3 、结构的不规则项本项目海洋馆结构存在的不规则项1:1) 楼板开大洞、楼板不连续, 海洋馆2层、3层开洞面积大于本层面积的30%, 楼板有效宽度小于50%;2) 扭转不规则, 考虑偶然偏心的扭转位移比大于1.2。4、 结构整体计算分析4.1、 小震分析结果海洋馆选用YJK软件 (1.7.0.0版) 和MIDAS Gen软件进行小震弹性计算分析。结构计算的整体指标如表1所示。小震弹性计算结果 表1计算结果表明结构周期、位移及剪重比等主要参数符合规范要求, 结构体系及布置合理。4.2、 混凝土结构大悬挑舒适度验
9、算图5 大悬挑看台剖面图海洋馆2层鲸鲨池正面有一个大悬挑混凝土结构看台, 悬挑跨度约6.6m。采用混凝土变截面梁作为看台的主受力构件, 梁的截面还需要根据看台的高差做成下折梁。如图5所示。采用增大悬挑梁根部截面及梁截面宽度的方式加大悬挑部分的刚度。经楼板舒适度验算, 悬挑部分竖向振动频率为3.72Hz。在悬挑端部施加连续行走荷载, 最大荷载为0.8kN, 竖向振动峰值加速度为0.145m/s2, 满足舒适度规范要求2。在悬挑端部施加跑动 (AIJ) 荷载, 最大荷载为0.8kN, 竖向振动峰值加速度为0.199m/s2。5、 大跨度屋面钢结构设计5.1、 分析软件本项目钢结构主要包括入口钢结构
10、、中央穹顶和花鸟园三部分。钢结构设计采用MIDAS Gen软件进行整体分析。5.2、 入口钢结构设计要点由于建筑功能的要求, 海洋馆入口处是平面为扇形的单层大跨钢结构, 其径向跨度约33m, 弧向最大跨度约50m, 两侧沿径向的钢柱和弧线上的钢柱通过钢梁与主体混凝土结构连接。其中弧向的钢柱分为上下两部分, 上柱和下柱均向外倾斜, 并通过一段4.5m的水平挑梁连接, 上柱、下柱和水平挑梁共同形成了Z形柱;结构 (图6) 。柱截面为900×600×20, 850×600×20, ?700×20, 主梁截面为1 200×400&
11、times;20, H1100×400×12×14, H600×200×10×20, 钢材采用Q345B。由于Z形柱;在平面内无法在6.000m处设置径向拉梁, 斜柱的稳定性分析就成为此部分钢结构设计的一个最大难点。图6 入口处Z形柱;平面图图7 入口处Z形柱;剖面图对于这部分Z形柱;斜柱的稳定分析, 结构设计充分考虑建筑方案的实际情况, 巧妙利用水平挑梁的宽度, 在6.000m标高处设置了一道水平桁架作为支撑 (图7) , 桁架两端通过两侧径向钢框架支承在混凝土结构主体上, 进而形成刚度。并以此作为斜柱在平面内的一道支撑
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